초록 ▼

□ 연구개요
수계에 미량 존재하는 질산염(Nitrate, NO₃^-)의 효율적인 제거를 위해, 단일원자합금(Single-atom alloy, SAA)을 개발함. 이를 통해 수중 잔존 질산염의 효율적인 촉매-수소화(hydrogenation) 환원제거 방법을 확립하고자 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
최종목표: 단일원자촉매/합금(Single-Atom metal) 신소재를 개발하고, 수중 질산염의 수소화환원기술을 확립함. 수처리 모듈을 개발하고 효율적인 질산염 저감 기술로 활용

□ 연구개요
수계에 미량 존재하는 질산염(Nitrate, NO₃^-)의 효율적인 제거를 위해, 단일원자합금(Single-atom alloy, SAA)을 개발함. 이를 통해 수중 잔존 질산염의 효율적인 촉매-수소화(hydrogenation) 환원제거 방법을 확립하고자 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
최종목표: 단일원자촉매/합금(Single-Atom metal) 신소재를 개발하고, 수중 질산염의 수소화환원기술을 확립함. 수처리 모듈을 개발하고 효율적인 질산염 저감 기술로 활용함
1. Pd/Cu 기반의 단일원자합금(Single-Atom Alloy) 개발: 단일원자합금을 효과적으로 합성하기 위해, 습식함침법 및 photodeposition방법을 혼합한 방법을 최초로 제안함. Pd/Cu단일원자합금 ([Pd]/[Cu]: 0.05)을 성공적으로 합성 및 최적화하였고. 5단계 물성평가 (1: STEM: 포항나노센터, 2,3: XANES/EXAFS 분석: Brookhaven National Lab, 4: Zeta potential, 5: In-situ DRIFTS)를 통해 촉매물성을 평가하였음.
2. 수소화 방법을 통한 질산염저감 메커니즘 확립: 본 소재의 질산염저감 효율을 평가함. 본 소재를 수소화 방법을 통해 질산염을 저감하였을 때, 2 mg/L의 농도(아리수 평균)의 질산염이 15 sec 만에 완전 제거됨이 확인됨. In-situ DRIFTS를 활용하여 촉매 표면의 탈수소기가 단원자촉매의 스필오버특성으로 질산염을 쉽게 환원시키는 것을 증명함.
3. 수처리모듈 시험을 통한 촉매환원기술의 실효성 평가: 모듈 SIZE: 0.5L, 분당 질산염 저감률 1 mg/L 달성, 질소선택성 (n > 94%) 달성하였음. 또한 음용수 모사 water matrix에서 3개월 동안 작동결과 촉매의 안정성이 확인됨.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
⦁ 최근 단일원자촉매의 에너지촉매 적용 및 관심이 증대되고 있으나, 환경 분야는 아직 시작단계임. 따라서 본 제안 연구를 통해 단일원자촉매의 수처리 및 환경응용에 우위를 점할 수 있음.
⦁ 본 연구는 질산염 외에 다양한 수중 oxyanion 저감 및 공기 중 NO_X 처리에 응용 될 수 있는 선행연구로 학문적 중요성이 높음.
⦁ 식수 내 잔존하는 미량의 질산염의 저감은 SDGs 3: 건강한 삶 및 인간의 웰빙 권리의 관점에서 전지구적으로 지속적으로 연구개발 되어야 할 이슈임.
⦁ 장기간 재사용이 가능한 촉매의 개발은 분야를 막론하고 막대한 경제적 이득을 가져오므로, 다양한 환경조건(식수, 산화·환원조건)에서 촉매의 장기안정성 평가법이 확립되어야 함.
⦁ 최근 수처리 연구 및 시장은 제품 모듈화를 통해 선택적인 오염물질 제거에 초점을 맞추고 있음. 본 촉매의 모듈시스템을 확립하여 질산염 정화모듈의 기반기술로 활용할 수 있음.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1-1. 연구개발의 목표 ... 4
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 4
• 1-3. 연구자가 수행하고자 했던 가설: 질산염 환원제거용 단일원자합금 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• (1) 1단계 (촉매합성): Pd1/Cu SAA의 합성 및 최적화 ... 6
• (2) 2단계 (물성평가): SAA의 물성평가 및 nitrate 반응 메커니즘 확인 ... 6
• (3) 3단계 (저감효율평가): 저감효율 정량목표 달성 및 장기 안정성 평가 ... 7
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 8
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 8
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 9
• 3) 목표 달성 수준 ... 9
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 9
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 10
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 10
• 6. 참고문헌 ... 10
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 13
• 끝페이지 ... 13